Zadania maturalne z chemii – Procesy równowagowe – liceum

2018 N / Zadanie 5. (0–1)
W wysokiej temperaturze węgiel reaguje z tlenkiem węgla(IV) i ustala się równowaga chemiczna:
CO_{2 (g)} + C _(s) ⇄ 2CO _(g)
Objętościową zawartość procentową CO i CO₂ w gazie pozostającym w równowadze z węglem w zależności od temperatury (pod ciśnieniem atmosferycznym 1013 hPa) przedstawiono na poniższym wykresie.

Oceń, czy reakcja pomiędzy tlenkiem węgla(IV) i węglem jest procesem endo- czy egzoenergetycznym. Odpowiedź uzasadnij.

2018 N / Informacja do zadań 14.–15.
Dwa gazy A i B zmieszane w stosunku molowym n_A : n_B =1 : 4 zajmują w warunkach normalnych objętość 1 dm³. Tę mieszaninę umieszczono w reaktorze o stałej pojemności 1 dm³ i w temperaturze T zainicjowano reakcję. W tej temperaturze ustalił się stan równowagi opisany równaniem:
A _(g) + 2B _(g) ⇄ 2C _(g)          ΔH < 0
W stanie równowagi stężenie substancji C było równe 0,004 mol · dm^–3.

Zadanie 14. (0–2)
Oblicz stężeniową stałą równowagi (K_c) opisanej reakcji w temperaturze T.

Zadanie 15. (0–1)
Oceń, czy poniższe informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1. W stałej temperaturze T ciśnienie w reaktorze w stanie równowagi było niższe niż w chwili początkowej.    P F
2. W warunkach izotermicznych (T = const) wzrost ciśnienia wywołany sprężeniem mieszaniny gazów w stanie równowagi poskutkuje spadkiem wydajności otrzymywania substancji C.    P F
3. W warunkach izobarycznych (p = const) wzrost temperatury mieszaniny gazów w stanie równowagi poskutkuje spadkiem wydajności otrzymywania substancji C. P F

2018 S / Zadanie 8. (1 pkt)
Na poniższym wykresie zilustrowano zmianę energii potencjalnej podczas reakcji opisanej
równaniem X₂ (g) + Y₂ (g) ⇄ 2XY (g).

Oceń, czy zmieni się (wzrośnie albo zmaleje), czy też nie ulegnie zmianie wydajność reakcji otrzymywania produktu XY, jeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi
• wzrost temperatury w warunkach izobarycznych (p = const)
............................................................
• wzrost ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const).
.............................................................

2017 VI /
W zamkniętym naczyniu pomiędzy substancjami X, Y oraz Z, które w temperaturze T i pod ciśnieniem p są gazami, ustala się stan równowagi chemicznej. Zmianę liczby moli reagentów X, Y oraz Z w trakcie procesu przedstawia poniższy wykres.

Zadanie 22. (0–1) Zaznacz poprawne dokończenie zdania.
W naczyniu, w trakcie procesu, zachodzi reakcja chemiczna przedstawiona schematycznym równaniem
A. X ⇄ 2Y + Z
B. 2X ⇄ 2Y + 2Z
C. 2X ⇄ Y + 2Z
D. 2X ⇄ 2Y + Z

Zadanie 23. (0–2)
Reakcja, dla której zmianę liczby moli reagentów przedstawiono na wykresie, przebiegała w reaktorze o pojemności 4 dm³. W temperaturze T i pod ciśnieniem p do reaktora wprowadzono substrat reakcji X i badano zmiany liczby moli reagentów w trakcie trwania procesu prowadzącego do ustalenia stanu równowagi dynamicznej.
Oblicz stężeniową stałą równowagi K_c opisanego procesu w temperaturze T.

2017 VI / Zadanie 23. (0–2)
W zamkniętym naczyniu pomiędzy substancjami X, Y oraz Z, które w temperaturze T i pod ciśnieniem p są gazami, ustala się stan równowagi chemicznej. Zmianę liczby moli reagentów X, Y oraz Z w trakcie procesu przedstawia poniższy wykres.

Zadanie 24. (0–2)
Podczas reakcji, dla której zmianę liczby moli reagentów przedstawiono na wykresie, wydziela się ciepło. Naczynie reakcyjne, w którym został osiągnięty stan równowagi, podgrzano do temperatury T₁ wyższej od temperatury T. Poniżej przedstawiono opinię dotyczącą szybkości reakcji chemicznych w stanie równowagi
dynamicznej w temperaturze T₁ oraz wartości K_c1 w tej temperaturze.
„Po podgrzaniu układu do temperatury T₁ ustala się nowy stan równowagi dynamicznej. Wartość K_c1 w tej temperaturze jest większa od wartości K_c w temperaturze T. W stanie równowagi dynamicznej w wyższej temperaturze następuje wzrost szybkości reakcji przekształcenia substratu w produkty oraz spadek szybkości reakcji odwrotnej (w porównaniu do analogicznych wartości szybkości reakcji w stanie równowagi opisanych wartością K_c)”.

Oceń, czy informacja jest poprawna. Podkreśl właściwe określenie w każdym nawiasie i uzasadnij swoją ocenę.
Informacja (jest / nie jest) poprawna.
1. Wartość K_c1 w temperaturze T₁ jest (większa / mniejsza) od wartości K_c w temperaturze T.
Uzasadnienie: ..........................................................................................
2. W stanie równowagi układu w temperaturze T₁ szybkość reakcji przekształcania substratu X w produkty jest (większa / mniejsza) niż w temperaturze T. W temperaturze T₁ szybkość reakcji odwrotnej jest (większa / mniejsza) niż w temperaturze T.
Uzasadnienie: .............................................................................................

2017-VI / Zadanie 10.
W przemyśle metanol otrzymuje się z gazu syntezowego w katalitycznej reakcji
CO + 2H₂ ⇄ CH₃OH
Stężenie metanolu w mieszaninie równowagowej zależy od temperatury, ciśnienia oraz stosunku molowego n _H2  : n_CO w gazie syntezowym.
Zależność równowagowego stężenia metanolu w mieszaninie gazowej od stosunku molowego  n _H2  : n_CO i ciśnienia w temperaturze T przedstawiono na poniższym wykresie.

^{Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, Warszawa 2008.}

Zadanie 10.1. (0–1)
Podaj liczbę moli wodoru, jaka musi przypadać na 2 mole tlenku węgla(II) przy ciśnieniu 10,0 MPa, aby w mieszaninie równowagowej znajdowało się 10% objętościowych metanolu. Oceń, czy wzrost ciśnienia – przy stałym stosunku molowym n _H2  : n_CO – poskutkuje zmniejszeniem, czy też zwiększeniem wydajności reakcji otrzymywania metanolu w warunkach izotermicznych.
Liczba moli wodoru: .................
Ocena: ...................................

Zadanie 10.2. (0–1)
Na podstawie analizy wykresu uzupełnij poniższe zdania.
Im większą wartość ma stosunek molowy n _H2  : n_CO, tym równowagowe stężenie alkoholu (% obj.) jest ......................... .
Dla każdej wartości ciśnienia zwiększenie wartości stosunku molowego n _H2  : n_CO powoduje zmianę równowagowego stężenia metanolu, tzn. ................... stężenia metanolu.
Wpływ wartości stosunku molowego n _H2  : n_CO na równowagowe stężenie metanolu jest najwyraźniej widoczny dla ciśnienia .............. MPa.

2017 N / Zadanie 5. (0–1)
W poniższej tabeli zestawiono wartości stałej równowagi reakcji syntezy amoniaku
w różnych temperaturach.

^{Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.}
Przeanalizuj dane dotyczące syntezy amoniaku. Następnie uzupełnij zdania wyrażeniami spośród podanych poniżej.
zmaleje         wzrośnie           nie zmieni się 

Jeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost temperatury w warunkach izobarycznych (p = const), to wydajność reakcji syntezy amoniaku
..................., natomiast przy wzroście ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) wydajność tego procesu ..........................
Jeżeli zmaleje temperatura w układzie, to szybkość reakcji syntezy amoniaku .......................... .

2017 N / Informacja do zadań 24.–25.
W wysokiej temperaturze może zachodzić rozkład metanu na substancje proste zgodnie z równaniem:
CH_{4 (g)}⇄C_(s) + 2H_{2 (g)}
Miarą wydajności tej reakcji jest równowagowy stopień przemiany metanu x, który wyraża się wzorem:
      n₀[CH₄] - n[CH₄]
x = ———————-−
             n₀[CH₄]
W tym wzorze n₀[CH₄] oznacza początkową liczbę moli metanu, a n[CH₄] – liczbę moli tego gazu pozostałego po ustaleniu się stanu równowagi. Poniżej przedstawiono zależność równowagowego stopnia przemiany metanu x od temperatury dla trzech wartości ciśnienia.

^{Na podstawie: P. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.}
Zadanie 24. (0–1)
Określ, czy ΔH opisanej reakcji rozkładu metanu jest większa od zera, czy – mniejsza od zera. Odpowiedź uzasadnij.
............................................................................

Zadanie 25. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego wydajność opisanej reakcji maleje ze wzrostem ciśnienia.
............................................................................

2014 / Informacja do zadań 31.–33. Reakcja kwasu etanowego (octowego) z etanolem prowadzona w obecności mocnego kwasu jest reakcją odwracalną, która przebiega według równania:
CH₃COOH + CH₃CH₂OH  — ^H+⇄ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O
Stężeniowa stała równowagi tej reakcji w temperaturze 25^oC wynosi K_c = 4,0.

Badając kinetykę reakcji kwasu etanowego z etanolem w środowisku wodnym, stwierdzono, że względny rząd reakcji dla etanolu i kwasu etanowego wynosi 1, a całkowity rząd reakcji jest równy 2. Rząd reakcji ze względu na wybrany substrat to wykładnik potęgi, w której stężenie molowe danego substratu występuje w równaniu kinetycznym tej reakcji.

^{Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Wrocław 2000.}

Zadanie 31. (1 pkt) Napisz równanie kinetyczne opisanej reakcji estryfikacji.

.........................................

Zadanie 32. (2 pkt) W naczyniu o objętości V zmieszano w temperaturze 25^oC 1 mol kwasu etanowego i 1 mol etanolu. Do otrzymanej mieszaniny dodano niewielką ilość stężonego kwasu siarkowego(VI).
Oblicz, ile moli kwasu etanowego pozostało w mieszaninie po ustaleniu się stanu równowagi.

Zadanie 33. (1 pkt) Podkreśl wszystkie wymienione poniżej działania, które spowodują zwiększenie wydajności opisanej reakcji estryfikacji w temperaturze 25^oC.

dodanie etanolu         dodanie wody         dodanie katalizatora

dodanie obojętnej wobec reagentów substancji higroskopijnej

2011 /  Zadanie 12 (0-2p.)  

W reaktorze o objętości 1 dm³ przebiegła przemiana zgodnie z równaniem A+B⇄C+D.

Do reakcji użyto 2 mole substancji A i nadmiar substancji B. Po ustaleniu się stanu równowagi stwierdzono, że w mieszaninie poreakcyjnej znajduje się 0,4 mola substancji A.

Stała równowagi tej reakcji w temperaturze prowadzenia procesu jest równa 1.

Oblicz, ile moli substancji B użyto do tej reakcji. Wynik podaj z dokładnością do liczby całkowitej.